보석의 비중은 어떻게 측정할까?

보석 이미지

 

1. 비중이란?

밀도(Density)와 비중(Specific gravity)

어떤 물질의 단위 체적당 질량을 말한다. 밀도는 질량/부피 (단위는 g/cm3)이다. 밀도를 알기 위해서는 질량과 부피를 측정해야 하나 부피측정에 어려움이 있다. 따라서 직접 부피를 재지 않고 물의 밀도를 이용, 비교하여 상대적인 밀도 값을 구할 수 있는데, 이와 같이 어떤 물질의 물에 대한 상대밀도를 비중(SG)이라고 한다. 

비중은 4도C 표준대기압 하에서, 어떤 물질의 밀도와 표준 물질의 밀도와의 비를 의미한다. 비중은 같은 단위를 갖는 밀도 사이의 비이기 때문에 단위가 없습니다. 어떤 물질의 질량 대 부피 개념을 나타내고자 할 때는 밀도라는 용어를 사용하는 것이 옳고 비중은 어떤 물질이 물에 뜨거나 가라앉는지를 판단할 때 사용하면 좋다.

2. 아르키메데스의 원리 이용

어떤 물체가 액체속에 완전히 잠겼을 때 그 물체가 위로 떠받쳐지는 힘은 동일한 부피만큼의 액체의 무게와 같다. 이를 아르키메데스 부력이라고 하며, 이는 유체에 잠긴 물체의 형태에 무관하며 유체의 특성에 관계없이 나타난다. 예를 들면 공기중에서 10kg의 무게를 가지는 물체가 물 속에 잠기게 되면서 4kg이 줄어든 6kg으로 측정되는 상황이다. 이 경우 물체가 물에 잠긴 부피가 4kg의 물에 해당하며 이와 동일한 4kg의 부력이 물체에 작용한 것이다.

3. 정수법을 이용한 비중측정

1) 조각품, 큰 원석, 크기가 큰 보석

스프링 저울 (hand-held spring balance) 사용

 -. 공기 중에서의 무게를 측정

 -. 물속에서의 무게 측정

 -. 공기중에서의 무게 - 물속에서의 무게를 뺀다.

 

비중 = 공기중의 무게 / (공기중의 무게 - 물속에서의 무게)

 

예를 들면, 공기중의 무게가 10, 물속에서의 무게가 2라면 = 10 / (10-2) = 1.25 이다.

 

2) 크기가 작은 스톤(1~2ct)

외날개 전자저울(single-pan digital-read-out balance) 사용

-.일반적인 방법으로 스톤의 무게를 저울로 측정 = 공기중의 무게

-. 물을 2/3정도 채운 비이커를 브릿지 위에 놓고 스톤케이지가 충분히 물속에 잠기도록 한다. 이 때 스톤케이지와 비이커가 서로 닿지 않게 한다.

-. 저울의 영점 조정을 하고 스톤을 조심스럽게 스톤케이지에 넣는다. 

-. 물속에서의 스톤의 무게를 측정

-. 공기 중에서의 무게 - 물속에서의 무게를 뺀다.

 

비중 = 공기중의 무게 / (공기중의 무게 - 물속에서의 무게)

 

3)정수법의 장점 및 단점

-. 장점은 정확한 비중 값을 얻을 수 있고 크기가 큰 스톤이라도 측정할 수 있다. 휘발성이 없으므로 언제든 사용이 가능하며 인체에 유해하지 않다.

-. 단점은 크기가 너무 작은 보석은 측정 시 오차가 있을 수 있으며 측정 방법이 복잡하다. 그리고 사용하는 저울의 정확도에따라 오차가 달라질 수 있다.

4. 중액법을 이용한 비중측정

비중액

-. 2.65 용액 브로모포름과 톨루엔 혼합액

-. 2.89 용액 브로모포름 용액

-. 3.05 용액 메틸렌 아이오다이드와 브로모포름 혼합액

-. 3.33 용액 메틸렌 아이오다이드 용액

사용법

검사하고자 하는 보석을 비중이 높은 용액부터 넣어 시험석이 나타내는 반응으로 비중을 측정한다. 

-. 부유 : 그 용액보다 비중이 낮음(떠 있음)

-. 현수 : 그 용액과 비중이 같음(중간에 떠 있음)

-. 잠수 : 그 용액보다 비중이 높음(가라앉음)

주의사항

-. 중액 사용 시 손상이 예상되는 보석류는 상아, 오팔, 산호, 진주, 터키석, 접합석 등이 있다.

-. 휘발성이 있기 때문에 환기가 잘 되는 곳에서 보관하고 실험하여야 한다.

-. 중액이 서로 잘 섞이지 않도록 시물과 핀펫을 잘 닦고 사용 후에는 반드시 손을 닦는다.

-. 변색을 방지하기 위해 동편을 넣어두고 이물질을 제거하기 위해 필터로 정제해야 한다.

-. 비중의 정확성을 유지하기 위해 지시석(2.65=수정, 3.05=전기석)을 넣어 확인한다.

장점과 단점

-. 장점은 빠른 시간내에 비중을 측정할 수 있다.

-. 단점은 인체에 유해하며 정확한 비중 값을 얻을 수 없고 휘발성이 강하므로 재사용 시 용액을 더 추가해야 되는 경우가 있다.